4.2 Övningar

En ficklampa med en blå lysdiod ska byggas. Från datablad kan du se att lysdioden har strömmen \displaystyle 20 \,\mathrm{mA} då spänningen över lysdioden är \displaystyle 3,6 \,\mathrm{V}. Du har ett batteri med polspänningen \displaystyle 4,8 \,\mathrm{V} till ditt förfogande. Genom att koppla ett motstånd i serie med batteriet kan lysdioden få rätt spänning och ström. Batteriet egenskaper undersöks genom att det belastas med ett motstånd på \displaystyle 300 \,\mathrm{\Omega}. Spänningen över batteriets poler blev då \displaystyle 4,5 \,\mathrm{V}.

Hur stort ska motståndet vara som kopplas i serie med lysdioden för att ovannämnda förhållanden ska råda?
Hur stort är batteriets inre motstånd?
Rita ett diagram över kretsen och sätt ut strömmens riktning. Lysdioden kan ritas som en lampa.
Ohms lag och Kirchhoffs spänningslag används.

En liten blyaccumulator ska laddas. Laddaren polspänning är \displaystyle 14 \,\mathrm{V} då laddningsströmmen är \displaystyle 8 \,\mathrm{A}. \displaystyle E = 13,2 \,\mathrm{V}.
Hur stort är batteriets inre resistans och åt vilket håll går strömmen till batteriet?

Vid en laboration skulle en spänningskällas emk (\displaystyle E) och inre resistans bestämmas. Källan skulle belastas med ett känt motstånd och därefter skulle spänningen mätas över spänningskällan. För att kunna lösa uppgiften måste spänningskällan belastas (minst) två gånger med olika motstånd inkopplade.

Antag att man vid första mätningen använder ett motstånd på \displaystyle 0,8 \,\mathrm{\Omega} varvid spänningen blir \displaystyle 4,0 \,\mathrm{V}.

Andra gången belastades källan med ett motstånd på \displaystyle 0,2 \,\mathrm{\Omega} och spänningen sjönk till \displaystyle 3,0 \,\mathrm{V}.

Vi antar också att spänningskällan tål belastningen och att spänningskällans och motståndens egenskaper inte ändras under mätningens gång.

Vad är spänningskällans emk och inre resistans?

Räkna ut strömmen för de bägge fallen. Rita ett kopplingsschema för en av mätsituationerna.

I en experimentlåda finns ett antal motstånd, ett \displaystyle 4,5 \,\mathrm{V} batteri och en voltmeter.

Några av motstånden saknar värde på resistansen. Det obelastade batteriets spänning mäts till \displaystyle 4,8 \,\mathrm{V}. Om ett \displaystyle 15 \,\mathrm{\Omega} motstånd kopplas över batteriet blir spänningen över batteriet \displaystyle 4,4 \,\mathrm{V}. Om \displaystyle 15 \,\mathrm{\Omega} motståndet byts ut mot ett av de omärkta motstånden och spänningen över batteriet blir då \displaystyle 4,6 \,\mathrm{V}.

Rita upp kretsen då \displaystyle 15 \,\Omega motståndet är inkopplat och sätt ut strömriktningen.

Hur stor är strömmen vid de bägge mätningarna och hur stor är resistansen för det omärkta motståndet?

En "nödlampa" för bilbruk har en strålkastarlampa i en riktning och en lampa för rödlyse åt andra hållet. Lampan kan antingen kopplas till cigarettändaruttaget eller få ström från 8 st 1,5 V batterier. Lamporna kan kopplas separat eller bägge på en gång. Strålkastarlampan är på 10 W vid 12 V och lampan för rödlyse är på 5 W vid 12 V. Varje batteri har en emk på 1,65 V och ett inre motstånd på 0,10 \displaystyle \Omega.

Vad blir strömmen med bara strålkastaren inkopplad, bara "rödljuset" inkopplad och bägge lamporna inkopplade (vid batteridrift)? Rita ett kopplingsschema för "nödlampan". Då spänningsändringarna är små för de olika inkopplingarna kan man anta att glödlampornas resistanser är konstanta.

Ficklampan "Luxeon Star III 3W" har en mycket stark lysdiod. Maximalt är spänningen över lysdioden 3,9 V och strömmen 1,0 A. Normalt är både ström och spänning lite lägre. Ficklampan drivs av 3 ficklampsbatterier som tillsammans har polspänningen 5,0 V. Antag att lampan kopplas in direkt till batteriet då maximal spänning över lysdioden råder.

Hur stor är batteriernas sammanlagda inre resistans?
Hur stor blir effektutvecklingen i lysdioden och i batteriet?
Rita ett kopplingschema över kretsen

En ficklampa har två batterier, en strömbrytare och en lampa kopplade i serie. Batterierna har en polspänning (emk) på \displaystyle 1,65 \,\mathrm{V} när de är obelastade. När lampan tänds faller polspänningen till \displaystyle 1,5 \,\mathrm{V} dvs den totala spänningen är \displaystyle 3,0 \,\mathrm{V}. Glödlampan har märkningen \displaystyle 3,0 \,\mathrm{V} \displaystyle 0,1 \,\mathrm{A}.

Hur stort är batteriernas inre motstånd?
Rita ett kopplingsschema över kretsen när strömbrytaren är sluten.
Sätt ut strömriktningen.

Du har fått en elektroniklåda i present. I lådan finns ett batteri, en voltmeter, sladdar, ett antal motstånd, kontakter och några glödlampor. Ett av motstånden saknar tyvärr uppgift om hur stor resistansen är. Genom några mätningar kan du bestämma resistansen. Det obelastade batteriets polspänningen mäts till \displaystyle 4,5 \,\mathrm{V}. När du belastar batteriet med ett motstånd på \displaystyle 20\Omega sjunker polspänningen till \displaystyle 4,0 \,\mathrm{V}. När du belastar batteriet med det okända motståndet blir polspänningen \displaystyle 3,0 \,\mathrm{V}.

Hur stor är det okända motståndets resistans?
Hur stort är inre resistansen för batteriet?
Rita ett kopplingsschema över kretsen då det okända motståndet mäts.
Sätt ut strömriktningen.